探析高層結(jié)構(gòu)地基承載力深度修正系數(shù)的計(jì)算合理性

高攀

[摘 要] 對(duì)于高層結(jié)構(gòu)地基承載力深度修正系數(shù)計(jì)算的合理性而言，必須要根據(jù)實(shí)際對(duì)施工情況考慮其地基承載力的計(jì)算并由此來照應(yīng)深度修正系數(shù)計(jì)算，確保更規(guī)范地規(guī)劃計(jì)算取值。本文圍繞高層建筑施工的深基礎(chǔ)地基承載力的控制展開來相應(yīng)對(duì)計(jì)算研究，主要通過地基承載力深度修正系數(shù)的計(jì)算探析，以實(shí)際工程情況為主，對(duì)其計(jì)算對(duì)合理性進(jìn)行了分析。

[關(guān)鍵詞] 高層承載力深度修正系數(shù)計(jì)算

中國(guó)建筑部門規(guī)定超過10層的住宅建筑和超過24米高的其他民用建筑為高層建筑，近年來我國(guó)施工領(lǐng)域高層建筑施工技術(shù)發(fā)展不斷創(chuàng)新，其施工理論和高層建筑施工與一般建筑施工存在區(qū)別。本文圍繞高層建筑施工的深基礎(chǔ)地基承載力的控制展開來相應(yīng)對(duì)計(jì)算研究，主要通過地基承載力深度修正系數(shù)的計(jì)算探析，以實(shí)際工程情況為主，對(duì)其計(jì)算對(duì)合理性進(jìn)行了分析。

1.工程實(shí)例

1.1建筑概述

本次分析研究對(duì)建筑物位于烏魯木齊城北片區(qū)東側(cè),相鄰揚(yáng)子江路總建筑面積約36000平方米，建筑為13層，無地下室。整體建筑為整體構(gòu)造，地上部分劃分為三個(gè)獨(dú)立對(duì)單元建筑體。設(shè)計(jì)基本參數(shù)情況如下：工程±0.000m相當(dāng)于絕對(duì)標(biāo)高為23.900m。工程設(shè)計(jì)使用年限為50年,地面粗糙度為C類,設(shè)計(jì)基本風(fēng)壓為0.45 kN/m2,基本雪壓為0.35kN/m2,抗震設(shè)防烈度為8度,設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.2g,II類場(chǎng)地土,不考慮地基土液化影響,場(chǎng)地特征周期值0.35s。場(chǎng)區(qū)在50m的勘察深度范圍內(nèi)有一層地下水,埋深約為11.300～12.200m,地下水對(duì)混凝土和混凝土中鋼筋均無腐蝕性。

1.2地基施工情況

本次地基對(duì)施工主要根據(jù)當(dāng)?shù)貙?duì)水文地質(zhì)情況選擇來進(jìn)行地基施工方案的選擇，主要的依據(jù)是相鄰對(duì)揚(yáng)子江路對(duì)高層建筑物地基施工情況，選擇了較為經(jīng)濟(jì)合理對(duì)建筑基礎(chǔ)形勢(shì)。砌體結(jié)構(gòu)優(yōu)先采用剛性條形基礎(chǔ)，如灰土條形基礎(chǔ)、C15素混凝土條形基礎(chǔ)、毛石混凝土條形基礎(chǔ)和四合土條形基礎(chǔ)等，當(dāng)基礎(chǔ)寬度大于2.5m時(shí)，可采用鋼筋混凝土擴(kuò)展基礎(chǔ)即柔性基礎(chǔ)。主裙連體變剛度調(diào)平施工過程中，對(duì)于主裙連體建筑，應(yīng)按增強(qiáng)主體、弱化裙房的原則設(shè)計(jì)。

地基（樁土）—基礎(chǔ)—上部結(jié)構(gòu)共同作用下，為使變剛度調(diào)平概念設(shè)計(jì)更趨向合理、可靠、實(shí)用，宜在概念設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行地基（樁土）—基礎(chǔ)—上部結(jié)構(gòu)共同作用計(jì)算分析，進(jìn)一步調(diào)整布樁，使差異變形降到最小，并計(jì)算確定基礎(chǔ)、承臺(tái)的內(nèi)力與配筋。

2.地基承載力計(jì)算

本次施工對(duì)地基承載力的計(jì)算采用來天然地基承載力設(shè)計(jì)值的計(jì)算，地基在保證穩(wěn)定性的條件下，滿足建筑物基礎(chǔ)沉降要求的所能承受荷載的能力?？捎伤苄院奢d直接，也可由極限荷載除以安全系數(shù)得到，或由地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值經(jīng)過基礎(chǔ)寬度和埋深修正后確定。本次計(jì)算先是打孔勘察土質(zhì)分層、厚度等，通過勘察報(bào)告資料的數(shù)據(jù)測(cè)算出地基承載力。然后代入公式進(jìn)行取值的確定?！癴=fk+ηb?γ?(b- 3) +ηd?γ0?(d- 0.5)”式中,f為地基承載力設(shè)計(jì)值,kPa;fk地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值=140 kPa;γ為基底以下土的重度,kN/m3;γ0為基底以上土的有效重度(加權(quán)平均值)=15kN/m3;ηb為寬度修正系數(shù);ηd為深度修正系數(shù);d為持力層頂面埋深=9.2 m。因考慮對(duì)深度修正系數(shù)進(jìn)行討論,寬度修正系數(shù)取ηb=0。f=fk+ηd?γ0?(d- 0.5)，ηd=4.4,代入式,則f= 140 + 4.4×15×(9.2 - 0.5) = 714(kPa)。附加壓力值pz，可按雙層地基中附加應(yīng)力分布計(jì)算。為簡(jiǎn)單實(shí)用，也可采用應(yīng)力擴(kuò)散角的概念計(jì)算。地基擴(kuò)散角。向下傳遞和擴(kuò)散，并假定均勻分布，根據(jù)擴(kuò)散前后總壓力相等的條件，求得擴(kuò)散面上的附加壓應(yīng)力，按公式“pz+pcz≤faz” 式中 Pz——軟弱下臥層頂面處的附加壓力值，kPa;pcz——軟弱下臥層頂面處的自重壓力值，kPa;faz——軟弱下臥層頂面處經(jīng)深度修正后的地基承載力特征值，kPa。

3.深度修正系數(shù)的處理

本次工程施工對(duì)過程中由于采用了樁土地基的形式，因此深度修正是考慮土的側(cè)限作用對(duì)地基承載力的有利影響，所以要對(duì)按無側(cè)限情況所得到的地基承載力基本值進(jìn)行修正。僅就地基承載力而言先后填土并無區(qū)別，基礎(chǔ)底面上的土越高側(cè)限作用就越大,抵抗基底下楔形體向外擠出的壓力就越大?！督ㄖ鼗A(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50007-2002)規(guī)定,地基承載力特征值可由載荷試驗(yàn)等方法綜合確定,當(dāng)基礎(chǔ)寬度大于3m或埋置深度大于0.5m時(shí),從載荷試驗(yàn)或其它方法確定的地基承載力特征值,尚應(yīng)進(jìn)行修正。經(jīng)計(jì)算，承載力滿足要求。但是地勘報(bào)告上要求，為了減小基礎(chǔ)的不均勻沉降，在基礎(chǔ)下鋪0。5到1.0米厚的整片級(jí)配砂石墊層，這樣的話，地基承載力修正系數(shù)就變了，根據(jù)《地基處理規(guī)范》3.0.4條規(guī)定，不鋪設(shè)級(jí)配砂石墊層的話，寬度修正系數(shù)是3.0，深度修正系數(shù)是4.4，鋪設(shè)了砂石級(jí)配墊層之后，寬度修正系數(shù)就變成了0，深度修正系數(shù)變成了1。

4.需要注意的問題

如前所述,用深度修正系數(shù)比傳統(tǒng)的用土工試驗(yàn)壓縮模量計(jì)算既快又省費(fèi)用,值得推廣,各地可以在總結(jié)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上確定本地區(qū)的沉降經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。計(jì)算公式簡(jiǎn)單明了,土層的壓縮模量是取土自重壓力至土的自重壓力與附加壓力之和的壓力段計(jì)算。因此在具體的計(jì)算過程中需要考慮到深度修正系數(shù)的承載力情況計(jì)算，同時(shí)也要考慮到實(shí)驗(yàn)計(jì)算前對(duì)試體材料的取得，鉆探取樣要在試驗(yàn)點(diǎn)下取樣，測(cè)定材料含水量。取樣數(shù)量如下：最大粒徑不大于5mm，試樣數(shù)量約120g；最大粒徑不大于25mm，試樣數(shù)量約250g；最大粒徑不大于40mm，試樣數(shù)量約500g。

5.影響高層結(jié)構(gòu)地基承載力深度修正系數(shù)取值的因素分析

高層結(jié)構(gòu)的建筑物對(duì)地基承載力對(duì)要求更高，因此中采用傳統(tǒng)天然地基承載力的計(jì)算過程中往往會(huì)使得地基對(duì)強(qiáng)度出現(xiàn)變形，缺乏有效的控制措施。而且，在具體的施工過程中也會(huì)發(fā)現(xiàn)，對(duì)地基處理前后的地基承載力特征值進(jìn)行深寬修正，因所依據(jù)的規(guī)范不同，采用不同的承載力修正公式。取寬度深度修正系數(shù)為0，深度修正系數(shù)為1，造成了處理后的復(fù)合地基承載力修正的提高量不大，可能仍然不滿足地基強(qiáng)度要求，甚至有比地基處理前反而有所降低的現(xiàn)象。高層建筑埋置深度為零或接近于零。這種情況下則不能進(jìn)行地基承載力的深度修正，此時(shí)可將基礎(chǔ)周邊地下構(gòu)筑物的重量折算為土容重厚度，近似進(jìn)行深度修正。相應(yīng)的高層結(jié)構(gòu)地基承載力深度修正系數(shù)取值。即S≤C，C為抗力或變形的限值；pk≤fa（地基）；Qk≤Ra（樁基）。此時(shí)特征值fa、Ra即為正常使用極限狀態(tài)下的抗力設(shè)計(jì)值。承載能力極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的基本組合，即γ0S≤R計(jì)算，此時(shí)地基反力p、樁頂下反力Ni和主動(dòng)土壓力Ea等相應(yīng)為荷載設(shè)計(jì)值，要采用相應(yīng)的分項(xiàng)系數(shù)。

綜上所述，對(duì)于高層結(jié)構(gòu)地基承載力深度修正系數(shù)計(jì)算的合理性而言，必須要根據(jù)實(shí)際對(duì)施工情況考慮其地基承載力的計(jì)算并由此來照應(yīng)深度修正系數(shù)計(jì)算，確保更規(guī)范地規(guī)劃計(jì)算取值。

參考文獻(xiàn)：

[1]戴洪軍, 劉益平, 任治軍. 某電廠工程地基承載力與深度修正系數(shù)的取值[J]. 電力勘測(cè)設(shè)計(jì), 2010,(06).

[2]李鏡培,侯勝男. 上海地區(qū)天然地基極限承載力計(jì)算公式探討[J]. 工程勘察, 2009,(04) .

[3]李鏡培,陳樂意,梁發(fā)云. 地基承載力理論計(jì)算公式在合肥地區(qū)適用性分析[J]. 勘察科學(xué)技術(shù), 2009,(06) .

[4]毛群芳,徐四一. 對(duì)天然地基承載力計(jì)算公式的理解和應(yīng)用[J]. 上海地質(zhì), 2003,(03) .

[5]韓曉雷, 張輝, 水偉厚, 張文龍. 強(qiáng)夯法處理沙漠地基的載荷試驗(yàn)尺寸效應(yīng)研究[J]. 工程勘察, 2011,(06).